无人机气象探测技术

第1章 概述1

1.1 无人机及无人机系统1

1.1.1 分类2

1.1.2 无人机系统的性能4

1.1.3 无人机的应用领域6

1.2 无人机气象探测系统8

1.2.1 组成8

1.2.2 世界主要气象无人机9

参考文献12

第2章 无人机气象探测系统设计14

2.1 设计要求与总体方案15

2.1.1 无人机系统总体方案设计原则15

2.1.2 无人机系统总体技术方案的确定15

2.2 无人机平台17

2.2.1 平台总体设计18

2.2.2 结构18

2.2.3 动力20

2.2.4 导航控制22

2.2.5 供电28

2.3 有效载荷29

2.3.1 温湿压测量系统30

2.3.2 风参数测量31

2.3.3 数据采集输出34

2.4 数据链路35

2.4.1 组成与功能要求35

2.4.2 数据链路分类36

2.4.3 数据链路选择与设计36

2.5 地面站37

2.5.1 结构组成38

2.5.2 飞行线路规划与无人机状态显示39

2.5.3 有效载荷数据解算与处理40

参考文献51

第3章 飞行控制技术52

3.1 飞行控制基础建模52

3.1.1 坐标系及其之间的转换52

3.1.2 动力学与运动学方程55

3.1.3 某小型无人机的参数设定58

3.2 增益预置控制59

3.2.1 控制原理与特点59

3.2.2 控制器的设计60

3.2.3 案例仿真与分析63

3.3 非线性动态逆控制70

3.3.1 控制原理与特点70

3.3.2 控制方法的分类与比较72

3.3.3 逆控制器的设计73

3.3.4 案例仿真与分析79

3.4 基于神经网络的动态逆控制81

3.4.1 神经网络简介82

3.4.2 控制器的设计84

3.4.3 在线神经网络的构造85

3.4.4 控制器闭环稳定性证明87

3.4.5 案例仿真与分析90

3.5 半实物飞行仿真系统93

3.5.1 半实物飞行仿真的概念与特点93

3.5.2 无人机半实物飞行仿真系统的典型结构94

3.5.3 AP50半实物飞行仿真系统设计与实现95

3.5.4 仿真实验与结果分析100

参考文献112

第4章 温湿压测量技术114

4.1 温湿压测量要求114

4.2 温湿压测量方法115

4.2.1 温度测量115

4.2.2 相对湿度测量116

4.2.3 气压测量118

4.3 温湿压组合测量技术119

4.3.1 温湿压组合传感器119

4.3.2 温湿压组件数据采集系统设计122

4.3.3 温湿压组件测量数据处理与比对122

4.4 温湿压测量误差126

4.4.1 温度测量误差126

4.4.2 相对湿度测量误差126

4.4.3 气压测量误差127

参考文献127

第5章 测风技术128

5.1 无人机测风方法128

5.1.1 解析测风法128

5.1.2 水平空速归零法129

5.1.3 机动飞行法129

5.2 水平飞行测风法129

5.2.1 解算模型129

5.2.2 误差源分析132

5.2.3 误差影响仿真分析135

5.2.4 误差校正145

5.3 风场数据处理方法155

5.3.1 自适应滤波算法156

5.3.2 粒子滤波算法160

参考文献174

第6章 系统试验及应用177

6.1 系统静态测试177

6.1.1 测试内容177

6.1.2 气温误差测试177

6.1.3 湿度误差测试178

6.1.4 气压误差测试179

6.1.5 风速误差测试180

6.2 系统飞行试验181

6.2.1 系统飞行试验内容181

6.2.2 气象探测对比试验181

6.2.3 TF-1飞行试验182

6.3 气象无人机应用187

6.3.1 气象无人机在民用领域的应用187

6.3.2 气象无人机军事应用188

参考文献189

随着气象测量传感器、无人机制造、飞行控制及数据处理等技术的发展，无人机气象探测技术得到长足的发展，逐渐成熟并走向应用。这种大区域、长时间、连续气象探测方法在航天器发射与返回、重要武器试验、战场气象测量、恶劣天气监测、龙卷风近距环境探测监视等应用中具有独特的作用和优势。本书是作者在多年无人机气象探测技术研究与应用实践的基础上，进行分析总结，编写而成的。全书共分6章，深入讨论了无人机气象探测系统设计与应用的关键技术。全书内容涵盖了无人机气象探测系统设计、无人机飞行控制技术、无人机温湿压测量技术、无人机测风技术及无人机气象探测系统试验与应用等。本书适用于从事气象测量无人机系统设计与应用的技术人员、气象测量工程的管理人员研究和参考，也可作为高等院校气象测量领域相关专业研究生、高年级学生或任职教育学员的教学参考书。

《无人机气象探测技术》旨在针对国内外典型的气象无人机产品，进行深入分析和系统总结，从系统设计和关键技术突破的角度，将理论与工程实践相结合，深入浅出地为相关研究和使用人员提供基本的设计方法和关键技术解决途径。《无人机气象探测技术》是在作者多年无人机气象探测技术研究与实践的基础上形成的，其中还包括了一些首次公布的关键技术研究成果。